DE3304367A1

DE3304367A1 - Vorrichtung zur umwandlung von bewegungsenergie

Info

Publication number: DE3304367A1
Application number: DE19833304367
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 6232 Bad Soden Neuber
Original assignee: NEUBER KARL HEINZ
Current assignee: NEUBER KARL HEINZ
Priority date: 1983-02-09
Filing date: 1983-02-09
Publication date: 1984-08-16

Description

Vorrichtung zur Umwandlung von Bewegungsenergie
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwandlung von aus einem Fluid wie zum Beispiel Wasser abzugreifender Bewegungsenergie in eine andere Energieform wie zum Beispiel elektrische Energie.
Bemühungen um eine wirtschaftliche Nutzung der in der Natur auftretenden freien Energie wird gegenwärtig eine zunehmende Bedeutung beigemessen, vor allem bei der Suche nach Möglichkeiten eine Abhängigkeit von Erdöl oder Atomenergie zu reduzieren. Als Ergebnisse dieser Bemühungen sind zum Beispiel Windanlagen bekannt, mit Hilfe derer Luftbewegungen zur Erzeugung von elektrischer Energie durch Antreiben eines Windrades herangezogen werden. Als Einrichtung, die zu dem gleichen Zweck einer Entnahme von Energie aus sich verschiebenden Wassermassen dient, ist zum Beispiel ein Gezeitenkraftwerk bekannt, dessen Wirkungsweise auf der Ausnutzung unterschiedlicher Wasserstände beruht.
Alle derartigen Verfahren weisen jedoch den Mangel auf, daß sie entweder auf eine Verwertung nur unter bestimmten Bedingungen entstehender, relativ geringer Energiepotentiale beschränkt sind (Gezeitenkraftwerk) oder eine brauchbare Leistung nur in Abhängigkeit von einer bestimmten Dauer und Stärke der ihnen zufließenden Energie erbringen (Windanlagen). Ihr weiterer Nachteil ist, daß sie bautechnisch relativ aufwendig und nur stationär ausgebildet sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß diese eine auf Mobilität beruhende Verwendbarkeit erhält, mit jeweils einfachen und weitgehend einheitlichen Mitteln ein Zugang zu allen, auch an unterschiedlichen Orten auftretenden Energien gegeben ist, trotz Einheitlichkeit und Einfachheit der verwendeten Mittel diese Energien in allen Fällen ihrer Nutzung dennoch gezielt abgegriffen werden können und die Nutzung dieser Energien aufgrund einer Überwindung bzw.
erweiterten Unabhängigkeit von Unterschieden zwischen ihren jeweiligen Gegebenheiten umfassender bzw. mit geringeren Verlusten erfolgen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung ein von dem Fluid in Drehbewegung zu setzende Schwingungselement umfaßt, das mit einem Massenelementen potentielle Energie zuführenden Hubelement in Wechselwirkung tritt, und daß die Massenelemente speicherbar sind und deren potentielle Energie im gewünschten Umfang in eine andere Energie umwandelbar ist. Dabei ist das Schwungelement vorzugsweise ein pendelfähiges Drehelement, das insbesondere durch die in . einem Gewässer vorhandenen laminaren Strömungen in Drehbewegungen versetzbar ist. In Ausgestaltung der Erfindung ist das Schwingungselement selbst mit dem als Fördersystem ausgebildeten Hubelement vorzugsweise kraft- und formschlüssig verbunden. Die Massenelemente, die vorzugsweise eine Kugelform und eine hohe Raumdichte aufweisen, sind mittels des Fördersystems einem Speicher zuführbar, von dem aus sie bedarfsweise wiederum einer Einrichtung zuführbar sind, die eine Umsetzung von potentieller Energie der Massenelemente in kinetische Energie derart ermöglicht, daß zum Beispiel ein Generator angetrieben werden kann. Zu diesem Zweck kann diese Einrichtung ein Schwungrad oder auch ein Treibelement sein, welches zum Beispiel als Endlosband ausgebildet ist und das zu den Massenelementen in Kraftschluß steht, die ihrerseits zum Beispiel mit Generatoren in Wechselwirkung stehen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der Erläuterung der in der Zeichnung dargestellten Figuren.
Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 2 eine zweite Ausführungsform.
In den Fig. 1 und 2 werden Vorrichtungen beschrieben, die auf mechanischem Weg kinetische Energie, welche infolge naturbedingter Verschiebungen von Wassermassen in natürlichen Gewässern entsteht, umwandelt. Dabei sei erwähnt, daß sich selbstverständlich die Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre nicht nur auf die Nutzung von Wasser, sondern auf jedwedes Fluid beziehen kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist geeignet, die Bewegungsenergie des Wassers -seien es Oberflächenwellen oder Strömungen in beliebiger Form und Tiefenlagen, wie sie zum Beispiel in Meeren, Seen oder Flüssen auftreten- zu nutzen. Die gewonnene Energie kann sodann im gewünschten Umfang und zu einem wählbaren Zeitpunkt in eine andere Energieform zum Beispiel elektrische Energie oder aber in mechanische Arbeit oder ähnliches umgewandelt werden.
Durch die Möglichkeit, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung die aus dem Fluid gewonnene Energie speichern kann, ergibt sich der Vorteil, daß ein Energiereservoir zur Verfügung gestellt wird, das selbst unabhängig von der Primärenergie ist.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 bestehen im wesentlichen aus einem Schwungelement 10 bzw. 12, einem ilubsystem 14 bzw. 16, einem Speicher 18 bzw. 20 sowie einer Einrichtung 22 bzw. 24, die mittels des Hubsystems 14 bzw. 16 geförderten Massenelemente 26 bzw. 28 antreibbar ist, um so zum Beispiel mechanische oder elektrische Energie zu erzeugen. Letzteres kann zum Beispiel mittels eines von der Einrichtung 22 bzw. betätigten Generators 30 bzw. 40 erfolgen.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ist nun wie folgt. Durch die Fluidbewegung, also zum Beispiel sich verschiebender Wassermassen, wird das Schwungelement 10 bzw. 12, das ein dreh-und p endelfähiges Element darstellt, in Rotationsbewegungen versetzt.
Sodann wird mittels einer vorzugsweise kraft- bzw. formschlüssigen Verbindung das Hubelement 14 bzw. 16 betätigt, über das die Massenelemente 26 bzw. 28 von einem ersten Niveau, das zum Beispiel durch einen für die Massenelemente 26 bzw. 28 bestimmte Sammeleinrichtung 32 bzw. 34 vorgegeben wird, auf ein zweites höheres Niveau gefördert werden, das durch die Lage des Speichers 18 bzw.
20 bestimmt ist. Durch das Anheben der Massenelemente 26 bzw. 28 von dem ersten auf das zweite Niveau erfolgt eine Zunahme der potentiellen Energie, die im gewünschten Umfang über die Elemente 22 und 24 wieder verbraucht werden kann. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, daß die Massenelemente 26 bzw. 28 zum Beispiel das als Schwungrad ausgebildete Element 22 in Drehbewegung versetzen, die ihrerseits den erwähnten Generator 30 betreibt. Die Drehbewegung kann nun dadurch in Gang gesetzt werden, daß die Massenelemente 26 aus dem Speicher 18 in eine am Schwung rad 22 vorgesehene Aufnahmeeinrichtung 36 gelangen, wodurch das Schwungrad 22 eine instabile Gleichgewichtslage erfährt. Um diese auszugleichen, wird eine Drehbewegung hervorgerufen, also die Massenelemente nach unten bewegt, wodurch ein Teil der potentiellen Energie der Massenteile verbraucht wird. Die Aufnahmeeinrichtung 36 ist dabei derart ausgebildet, daß nach erfolgter Drehung des Schwungrades das Massenelement in die Sammeleinrichtung ausgeworfen wird.
Sind im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zwei Aufnahmeeinrichtungen 36 diametral zueinander angeordnet, so kann selbstverständlich eine Vielzahl entsprechender Einrichtungen vorgesehen sein, die auf der Peripherie des Schwungrades 22 angeordnet sind.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird die Energiedifferenz zwischen dem ersten und zweiten Niveau dadurch vernichtet, daß die Massenelemente auf einer Spiralbahn 38 gegebenfalls aber auch auf einer normalen schiefen Ebene zwangsgeführt werden, entlang der ein Treibelement zum Beispiel in Form eines Endlosbandes 24 geführt ist. Das Endlosband 24 ist dabei derart der Form der Massenelemente bzw. der Spiralbahn angepaßt, daß zwischen den Massenelementen 28 und dem Endlosband 24 ein Kraftschluß hergestellt wird, so daß bei der Fallbewegung der Massenkugel 28 das Endlosband 24 angetrieben wird. Dieses kann seinerseits wiederum mit einem Generator 40 in Verbindung stehen, um die über das Schwungelement 12 dem Fluid Wasser entzogene Energie in elektrische Energie umzuwandeln.
Zu den Schwungelementen 10 und 12 ist noch folgendes zu bemerken.
Jedes Schwungelement stellt einen Körper dar, der geeignet ist, Relativbewegungen infolge Einwirkung von sich verschiebender Wassermassen weiterzuleiten. Dazu besitzt jedes Schwungelement 10, 12 eine zentrale Achse, die an einem Ende durch Kraft- bzw. Formschluß so gelagert ist, daß bei fehlenden Krafteinwirkungen eine lotrechte Position eingenommen ist, jedoch bei Beeinflussung durch das Fluid eine optimale Einstellung zum Abgriff der vorhandenen Energie ermöglicht. Zu diesem Zweck ist eine pendelnde Aufhängung gegeben, Dies kann zum Beispiel durch eine kardanische Lagerung realisiert werden.
Die Schwungelemente weisen zur optimalen Energieumsetzung im unteren Bereich der Drehachse Schaufeln 42 bzw. 44 oder Ruder oder Paddel auf, die um die Längsachse des Schwungelementes 10 bzw. 12 im regelrnti 13igen Abstand zueinander angeordnet sind. Die Paddel 42 bzw. 44 können dabei verschiedene Formen und Dimensionen aufweisen, um in Abhängigkeit von den Einsatzbedingungen eine optimale Energiegewinnung zu ermöglichen.
Zu den Hubsystemen 14 und 16, die kraft- bzw. formschlüssig mit den Schwungelementen 10 und 12 in Verbindung stehen, soll angemerkt sein, daß durch jene ein endloses steil aufwärts gerichtetes Fortschreiten von Lastträgern, die zur Aufnahme der Massenelemente 26 bzw. 28 bestimmt sind, ermöglicht wird. Die Hubsysteme können dabei in Art von Stetigförderern, Kettenbahnen oder Förderschnecken ausgebildet werden. Die Massenelemente 26 und 28 sollten -wie erwähntvorzugsweise eine Kugelform aufweisen. Für die Kugeln ist ferner eine hohe Raumdichte und hohe Verschleißfestigkeit gewünscht. Da sich die Massenelemente in den Speichern 18 bzw. 20 befinden, kann durch deren Abgabefrequenz die Größe der umzusetzenden Energie bestimmt werden. Um in diesem Zusammenhang eine beliebige Einstellung vornehmen zu können, kann entsprechend Dimensionierung bzw. Dichte der Massenelemente 26 und 28 gewählt werden.
Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen, wie sie beispielhaft in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, ergibt sich demzufolge die Möglichkeit, kostenlos aus der Natur zur Verfügung stehende Energien zu nutzen, um gezielt zum Beispiel elektrische oder mechanische Energie zu erzeugen. Dabei kann die gesamte Vorrichtung mobil ausgebildet sein, um so einen Ortswechsel zu ermöglichen. Zu diesem Zweck können die Vorrichtungen zum Beispiel auf Pontons oder ähnlichen schwimmfähigen Körpern angeordnet sein, um so in Art von Bohrinseln festgelegt bzw.
transportiert zu werden.
Sind der Beschreibung auch nur einige Aspekte der erfindungsgemäßen Lehre zu entnehmen, so wird erkennbar, daß eine Vorrichtung vorgeschlagen wird, die im gewünschten Umfang mit einfachen Mitteln in Fluiden vorhandene Energie abgreift, um über deren Speicherung kontrolliert und gezielt eine andere Energieform zu erzeugen.

Claims

Patentansprüche: Vorrichtung zur Umwandlung von aus einem Fluid wie zum Beispiel Wasser abzugreifender Bewegungsenergie in eine andere Energieform wie zum Beispiel elektrische Energie, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vorrichtung ein von dem Fluid in Drehbewegung zu setzendes Schwungelement (10, 12) umfaßt, das mit einem Massenelementen (26, 28) potentielle Energie zuführenden Hubelement (14, 16) in Wechselwirkung tritt, und daß die Massenelemente speicherbar sind und deren potentielle Energie im gewünschten Umfang in eine andere Energieform umwandelbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Schwungelement (10, 12) ein pendelfähiges Drehelement ist, das durch in einem Gewässer vorhandene Strömungsarten in eine Rotationsbewegung versetzbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Schwungelement (10, 12) mit dem als Fördersystem ausgebildeten Hubelement (14, 16) vorzugsweise kraft- und formschlüssig verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Massenelemente (26, 28) mittels des Fördersystems (14, 16) in einen Speicher (18, 20) einbringbar sind, von dem aus die Massenelemente mit vorzugsweise hoher Raumdichte einer Einrichtung (22, 24) zuführbar sind, mittels derer die potentielle Energie der Massenelemente abbaubar ist, die ihrerseits zum Beispiel zum Antreiben eines Generators (30, 40) nutzbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Einrichtung ein Schwungrad (22) ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a du r c h g e k e n n z ei c h ne t, daß die Einrichtung ein Treibelement wie zum Beispiel ein Endlosband (24) ist, das mit den Massenelementen (28) in Kraftschluß steht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Massenelemente vorzugsweise eine Kugelform aufweisen und eine hohe Massendichte zeigen.